Технология лазерной сварки трубопроводов

Лазерная сварка — сварка с использованием лазера в качестве энергетического источника.

Лазерная сварка применяется для сварки одинаковых и разнородных металлов в радиоэлектронике и электронной технике.

Общие сведения

Сваривание происходит при помощи специального оснащения. Автоматический режим работает без участия человека, полуавтоматический под надзором сварщика. Второе название этого способа «сварка лазерным лучом», так как луч греет и плавит металл.

Она имеет параметры, разрешающие соединять элементы между собой. Лучевой пучок располагается в определенной зоне. На маленьком кусочке сосредотачивается значительная энергия и происходит оплавление элемента.

Ее хватает для моментальной сварки элементов значительной толщины. «Квант 15» — одно из лучших лазерных устройств. Его нередко применяют для сваривания разных элементов, имеющих толщину до 3 мм.

Дантисты используют этот прибор для разработки протезирования. При его содействии осуществимо сваривание нержавейки. Существует 2 типа аппаратов: твердотельные и газовые. Есть еще третий тип сваривания, называемый лазерно-дуговой.

Она имеет все функции обоих способов соединения металлов. Аппарат нечасто используют в быту, поэтому заострим наше внимание на двух видах сваривания.

История

Лазерная сварка появилась после изобретения Басовым Н. Г., Прохоровым А. М., Таунсом . Х. в 60-е годы XX века лазеров, созданием мощных лазерных установок непрерывного и импульсного действия.

Достоинство лазерного излучения — высокая концентрация энергии. Лазерная сварка проводится на плотностях мощности лазерного излучения Е=106 — 107 Вт/см2, что позволяет сваривать разные материалы с толщинами от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Техническая особенность лазерной сварки

Технология лазерной сварки трубопроводов

  • направленность узкого лазерного луча позволяет сосредоточить всю тепловую энергию, которая необходима для образования сварочной ванны, в месте малой площади до десятых долей миллиметра.

Это позволяет производить соединение очень тонким швом;

  • лазер имеет более эффективную способность к фокусировке оптическими линзами, так как лазерный поток монохроматичен, имеет одну интерференционную фракцию и одинаковую длину волны, в то время, как световой поток имеет несколько фракций с различными длинами волн;
  • когерентность потока означает способность лазерного луча к резонансу, который увеличивает мощность потока.

Для этого в сварочных аппаратах лазерной сварки используются резонаторы колебаний магнитных полей, которые так же позволяют усиливать и уменьшать поток по площади.

Технология лазерной сварки трубопроводов

  • Твердотельные лазеры. Лазер представляет собой трубку, которая внутри покрыта зеркальной поверхностью – зеркалом насыщений.

В центре трубки находится цилиндрический трубчатый рубин, который и является преломляющей линзой для образования лазерного луча.

На внешний контр подаются токи возбуждения, которые подаются так же и на лампу возбуждения, которая создает кратковременный высокочастотные световые импульсы, эти импульсы аккумулируются рубиновой трубкой.

После этого внутри рубина возникает ионизированный лазерный пучок. Далее лазерный луч выгоняется направленным магнитным полем.

Отличительная черта таких лазеров – малая мощность лазерного луча, поэтому область применения данной сварки – работа с малогабаритными и легкоплавкими деталями.

Такие лазеры нашли активное применение в микроэлектронной промышленности: производство микросхем, микро распределителей, диодов и тиристоров;

  • Газовые лазеры обладают намного большей мощностью. Их отличительной чертой от твердотельных лазеров является тот Технология лазерной сварки трубопроводовфакт, что полость отражательной трубки заполнена смесью ионизирующего газа, как правило, СО2+N2+Не.
  • Схема работы такого лазера не отличается сложностью: в трубке расположены два электрода, которые и являются возбудителями для образования направленного лазерного заряда в газе.
  • Лазерный луч направляется магнитными полями высокой мощности.
  • Такие сварочные аппараты оснащаются водяной системой охлаждения, так как рабочая полость с азом разогревается от импульсного воздействия электродов.
  • Газодинамические лазеры по своему устройству похожи на обычные газовые лазеры, но в данном случае газ в номинальной температуре 10000 градусов по Цельсию подается через сопло Лаваля, где он ионизируется и превращается в лазерный поток ионов газа.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Много слышали о сварке алюминия, но не знаете что для этого надо? Читайте здесь о всех способах сварки алюминия.

Использование твердотельного лазера

Технология лазерной сварки трубопроводов

Твердотельный лазер применяют с электродами специального назначения. Они бывают рубиновые, стеклянные, с добавлением неодимов.

На рисунке ниже вы можете рассмотреть подробную схему. Мощность этого прибора не более 6 кВт. В связи с этим, твердотельные лазеры применяют для сваривания деталей небольшой толщины.

Этот лазер допускает сварку золотых элементов, нихрома, тантала. Становится реальным расплавить проволоку толщиной до 1 мм. Также допустимо точечное сваривание фольгированных деталей.

Виды сварки

Лазерная сварка бывает двух видов:

  • Технология лазерной сварки трубопроводовСтыковая — в этом случае не используют присадки и флюс. Между металлами допускается минимальный стык, не больше 0,2 мм. Такое же значение является максимальным для фокусировки лазерного луча на стык. Сварку проводят посредством «кинжального» проплавления металла на всю толщину с интенсивностью лазерного излучения до 1 мВт/см2. Шов в этом случае нужно предохранять от окисления аргоном или азотом, а гелий защитит его от пробоя лазерного излучения;
  • Нахлесточная — металлические листы накладываются друг на друга, они соединяются посредством мощного излучения. Сварка проводится с локальным прижимом деталей. Максимально допустимый зазор между поверхностями металлов при работе — 0,2 мм. В случае необходимости повышения качества соединяемых деталей используется двойной шов.

Сферы применения лазерной сварки металлов

Технология лазерной сварки трубопроводов

Итак, сферы применения таковы:

  • производство приборов и прочих точных механизмов;
  • производство сложных изделий на основе легкоплавких металлов;
  • изготовление деталей из чугуна;
  • изготовление пластмассовых изделий.

Такая технология в промышленности стала применяться всего порядка 20 лет назад, и если есть возможность, то можно купить станки для только стационарного типа, но и ручные для сварки в домашних условиях.

Плюсы и минусы

Лазерное соединение металлов имеет свои плюсы и минусы. Что касается преимуществ, то они следующие:

  • площадь металла нагревается незначительно, что сильно сокращает его коробление во время работы;
  • лазерный луч передается по волоконной оптике, благодаря чему он попадается даже в труднодоступные места;
  • лазерное оборудование можно использовать не только для сварки металла, но и его резки;
  • оно обеспечивает высокое качество сварных швов;
  • процесс сваривания обеспечивает хорошую производительность, его легко контролировать.

Но имеет технология и свои недостатки:

  • оборудование очень дорогое;
  • сварочный аппарат обладает низким КПД;
  • оператор установки должен иметь высокую квалификацию.

Но, несмотря на недостатки, лазер — это единственный вариант для обеспечения точной сварочной операции или соединения легкоплавких материалов.

Использование газового лазера

Технология лазерной сварки трубопроводов

Газовые лазеры сильнее твердотельных, следовательно, область их использования больше. Здесь аргон заменяют электроды. На рисунке ниже изображена подробная схема. Большие размеры и вес являются большим минусом таких лазеров.

Однако за увесистым каркасом прячется мощность, которая достигает 20 кВт. Это означает то, что аппарат способен сваривать элементы, не снижая темп (средняя скорость сваривания составляет 60 м в час).

Самыми внушительными лазерами являются газодинамические. Нужно подогреть газ до ультравысокого давления, для того, чтобы он функционировал. Аппарат варит металл при скорости 200 м в час и производит 100 кВт.

Их применяют исключительно на огромных предприятиях.

С такой установкой можно выполнять сварку: алюминия; нержавейки; стекла. Область использования этого оборудования весьма внушительна. Однако необходимо учитывать важную деталь.

Во время сварки лазером сварочную область необходимо оградить от кислорода, так как шов может образоваться некачественным. Так как металл мгновенно испаряется, то пучок света рассеивается очень быстро.

Чтобы не допустить этого, необходимо делать подачу газа, угнетающего плазму. Для этого часто применяют гелий, так как он не является барьером для аргона и не позволяет лазеру рассеиваться.

Профессионалы задействуют в процессе соединение аргона и гелия в равной пропорции, одновременно реализовывая 2 опции: защитную и подавляющую.

Недостатки лазерной сварки

При всех положительных сторонах здесь есть ряд серьезных недостатков, благодаря чему технология так и остается узкоспециализированной:

  • Очень высокие цены на оборудование для проведения работ;
  • Высокая себестоимость самого процесса сварки;
  • Низкий коэффициент полезного действия, который достигает всего до 2%;
  • Подходит только для узкого спектра процедур.

Разновидности

Лазерная сварка трубопроводов и прочих видов соединений может производиться несколькими типами аппаратов. Твердотельный обладает короткими и более слабыми волнами. Он чаще всего работает в импульсном режиме, но иногда требуется применять и беспрерывный режим, хотя здесь он менее эффективен.

Отличие в принципе работы заключается в том, что лазерное излучение проходит из твердотельного элемента, которым является стеклянный стержень. При этом включается неодим, гранат и рубин. Сам стержень располагается в камере, освещение которой происходит при помощи лампы накачки. Она создает световые вспышки.

Данный тип техники используется для  тонких электронных приборов и точечной сварки.

Читайте также:  Устройство и сборка своими руками инфракрасной паяльной станции

Газовый аппарат одинаково используется как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Он обладает более высокой мощностью, так как здесь применяются высоковольтные источники тока. В аппарате используется поперечный тип прокачки, что дает ему компактность размеров. В среднем, максимальная толщина сварки для таких моделей составляет до 2 см. В качестве активной среды здесь выступают газы.

Таким способом можно выделить еще две разновидности:

  • Импульсная лазерная сварка скапливает большое количество энергии, а затем все накопленное воздействует на место соединение за короткий промежуток времени. Данная технология отлично подходит для металлов, которые сильно подвержены деформациям. Воздействие силы происходит преимущественно на поверхность, так что исключается глубокое проникновение. Импульсные установки обладают более высокой стоимостью, чем непрерывные.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Импульсная лазерная сварка

  • Непрерывная лазерная сварка предназначена для создания сплошных швов, которые могут делаться не только поверхностно, но и глубокими. Зона проплавления почти не зависит от глубины и практически всегда остается узкой.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Непрерывная лазерная сварка

Технология

Лазерная сварка проводится путем воздействия лазерного излучения, сфокусированного пучком небольшого сечения. Частично этот пучок отражается от поверхности, но большая часть его проникает в основной металл. При проникновении происходит поглощение энергии, после чего металл нагревается и расплавляется, если достиг определенной температуры. Благодаря этому и формируется сварочный шов.

«Важно!

Уменьшение мощности зачастую происходит путем расфокусировки пучка, что не делает процесс более экономичным.»

Сварка производится в любом пространственном положении. Сварка производится при помощи дополнительных присадочных материалов, в качестве которых выступает сварочная проволока, порошок или лента. Условно технологию процесса можно разделить на:

  • Макросварку – когда толщина проплавления составляет более 1 мм;
  • Минисварку – когда толщина проплавления лежит в диапазоне 0,1-1 мм;
  • Микросварку – при толщине проплавления до 0,1 мм.

Для проведения процесса не нужно создавать условия вакуума. Также не стоит использовать газовую среду в качестве защиты, так как это может привести преломлению и экранированию лазерного луча. При воздействии на кромки, луч оплавляет их, благодаря чему получается припой из того же материала, что и сделана сама заготовка.

Регулировка силы пучка зависит от его плотности, так что при высокой концентрации можно добиться максимально высокой тонкости, которая практически не достижима для других видов сварки.

В большинстве случаев лазерная сварка является автоматическим процессом и, кроме как для настроек и установки деталей, человеческий труд не требуется.

Техника безопасности

Применение лазерной сварки во многом является безопасным процессом, так как человек не контактирует с ней непосредственно, как это происходит при ручной дуговой. Но здесь есть свой ряд особенностей, которые может привести к травмам, если не применять технику безопасности.

Главным правилом является недопущение попадание на пути лазера посторонних предметов. Здесь очень тонкий луч обладает высоким уровнем энергии, так что человеческая рука или еще что-либо, может быть очень легко пропалена. Перед использованием установки всегда нужно проверять ее работоспособность и исправность, чтобы не возникло ни каких проблем.

Вблизи не должны находиться ни какие легко возгораемые предметы.

Стандарты

Данный процесс должен проводиться согласно определенным стандартам. Определяющим здесь является ГОСТ 28915-91. В нем прописаны все данные, необходимые для качественной импульсной сварки лазером, точечных соединений, а также все типы получаемых соединений, их параметры и так далее.

Особенности лазерной сварки стали

Сначала происходит очищение поверхности металлической заготовки от окалин, грязи, ржавчины и прочих посторонних веществ. Не допускается, чтобы на стали находилась влага. Зачистка осуществляется при помощи щеток по металлу. После зачистки поверхность желательно обезжирить.

Затем идет подгонка деталей под сварку, чтобы кромки плотно прилегали друг к другу. Зазор если и должен быть, то его берут минимальным, около 5% от толщины свариваемого металла. при сборке используются прихватки. Здесь лучше использовать стыковое соединение, а не нахлесточное.

Схема лазерной сварки

Заключение

Сварка лазером относится к узкоспециализированным процессам. Ее технология является очень сложной, так как нужно знать множество нюансов самой техники. Дороговизна аппаратов делает ее трудно доступной для многих сфер, кроме тех, где она действительно востребована.

Классификация по признакам

По энергетическим

Методы сварки лазером классифицируют по нескольким признакам. Разновидность отличаются по техническим характеристикам и экономическим аспектам. Эти особенности учитываются при выборе конкретной установки.

Каждый вид различается плотностью мощности. Проводится процесс при Е=1-10 МВт/см2. Если уменьшить этот показатель, то другой вид сварки будет более экономически пригодным, к одному из таких относится электродуговая. Применяют три главных режима, которые отличаются по нескольким параметрам:

  1. t>10-2 c, Е=1-10 МВт/см2. Данный режим подразумевает под собой применение лазеров непрерывного действия. Он подходит для обработки сталей конструкционного типа.
  2. t

Лазерная сварка

  • Технология лазерной сварки трубопроводовПри сваривании металлической поверхности с помощью лазерной сварки весь процесс осуществляется лазерным лучом, который генерируется квантовым лазерным генератором.
  • В международной номенклатуре лазерная сварка обозначается следующей аббревиатурой: LWB – сварка посредством лазерного луча.
  • Технология лазерной сварки трубопроводовЛазерный луч по сравнении со световым пучком характеризуется следующими свойствами, которые позволяют использовать его в процессе сваривания двух металлических поверхностей:
  • направленность узкого лазерного луча позволяет сосредоточить всю тепловую энергию, которая необходима для образования сварочной ванны, в месте малой площади до десятых долей миллиметра.

Это позволяет производить соединение очень тонким швом;

  • лазер имеет более эффективную способность к фокусировке оптическими линзами, так как лазерный поток монохроматичен, имеет одну интерференционную фракцию и одинаковую длину волны, в то время, как световой поток имеет несколько фракций с различными длинами волн;
  • когерентность потока означает способность лазерного луча к резонансу, который увеличивает мощность потока.

Для этого в сварочных аппаратах лазерной сварки используются резонаторы колебаний магнитных полей, которые так же позволяют усиливать и уменьшать поток по площади.

По виду сварочные лазеры различают на твердотельные и лазеры с газовой прокачкой:Технология лазерной сварки трубопроводов

  • Твердотельные лазеры. Лазер представляет собой трубку, которая внутри покрыта зеркальной поверхностью – зеркалом насыщений.

В центре трубки находится цилиндрический трубчатый рубин, который и является преломляющей линзой для образования лазерного луча.

На внешний контр подаются токи возбуждения, которые подаются так же и на лампу возбуждения, которая создает кратковременный высокочастотные световые импульсы, эти импульсы аккумулируются рубиновой трубкой.

После этого внутри рубина возникает ионизированный лазерный пучок. Далее лазерный луч выгоняется направленным магнитным полем.

Отличительная черта таких лазеров – малая мощность лазерного луча, поэтому область применения данной сварки – работа с малогабаритными и легкоплавкими деталями.

Такие лазеры нашли активное применение в микроэлектронной промышленности: производство микросхем, микро распределителей, диодов и тиристоров;

  • Газовые лазеры обладают намного большей мощностью. Их отличительной чертой от твердотельных лазеров является тот Технология лазерной сварки трубопроводовфакт, что полость отражательной трубки заполнена смесью ионизирующего газа, как правило, СО2+N2+Не.

  Ручная дуговая сварка

  1. Схема работы такого лазера не отличается сложностью: в трубке расположены два электрода, которые и являются возбудителями для образования направленного лазерного заряда в газе.
  2. Лазерный луч направляется магнитными полями высокой мощности.
  3. Такие сварочные аппараты оснащаются водяной системой охлаждения, так как рабочая полость с азом разогревается от импульсного воздействия электродов.

Газодинамические лазеры по своему устройству похожи на обычные газовые лазеры, но в данном случае газ в номинальной температуре 10000 градусов по Цельсию подается через сопло Лаваля, где он ионизируется и превращается в лазерный поток ионов газа.

Технология лазерной сварки трубопроводовНе имеете сварочного аппарата, но есть потребность сделать мелкий ремонт запчастей на автомобиль? Не проблема – используйте холодную сварку.

Много слышали о сварке алюминия, но не знаете что для этого надо? Читайте здесь о всех способах сварки алюминия.

Технология сварки лазером

Для производства работ не требуется вакуум, подойдут и обычные атмосферные условия.

Обычно защиту сварочной ванны производят аргоном, но есть один нюанс: во время взаимодействия металлов и лазера происходит расплав металла и его испарение.

  • Технология лазерной сварки трубопроводовЭто может привести к тому, что лазерный луч начнет экранировать и преломляться, нарушая сварной шов.
  • Чтобы этого избежать в рабочую зону принудительно подается гелий – газ, который гасит возможные плазмообразования и испарения металла.
  • Лазерный луч несколько углубляется в стыкованные кромки, создавая из них припой.
  • С помощью такой технологии можно добиться “кинжальной” тонкости и ровности шва, к тому же весь процесс лазерной сварки полностью автоматизирован.

Технология лазерной сварки трубопроводовА вы знали что плазмой можно не только паять, но и резать все металлическое, керамическое, каменное и бетонное. Читайте как использовать современный аппарат для плазменной сварки при работе с разного рода металлами.

Читайте также:  Уход за пластиковым трубам

Всегда хотели знать как правильно соединять полипропиленовые трубы при помощи сварочного аппарата для сварки полипропилена? Здесь описаны все нюансы.

  Роботизированная сварка

Преимущества и недостатки сварки лазером

Технология лазерной сварки трубопроводов

  • возможность дозировать подаваемую энергию в очень большом диапазоне.

Это позволяет создавать высококачественные сварные соединения любых поверхностей;

  • с помощью газовых лазеров можно получить большую глубину оплавления, при этом термическое повреждение не расходится в ширь, что очень важно при производстве радиотехнических деталей малого размера;
  • управление лазерным потоком с помощью системы зеркал и отражателей позволяет достигнуть труднодоступных мест и участков.

К примеру, все подводные коммуникации варятся лазерным лучом с постамента, который может быть помещен внутрь трубопровода и управляться по радиопередатчику;

Недостатки:

  • лазерная технология является новейшей и обладает малым КПД, высокой стоимостью на производство и эксплуатацию оборудования;
  • обучение сварщика лазерной сварке и приемам обучения с агрегатом требует длительных сроков и знаний.

Несмотря на эти недостатки, прогресс не стоит на месте, лазерная сварка – технология будущего.

Технология лазерной сварки трубопроводовФлюс намного дешевле инертного газа, который употребляется при газовой сварке, и что это более простая и надежная технология, и к тому же она легко транспортируется? Все преимущества и недостатки читайте в статье про особенности сварки под флюсом.

Хотите узнать более детально как выполнить качественно сварку, как цветного, так и черного металлов? Подробности в этой статье.

  • Технология лазерной сварки трубопроводовХолодная сварка Холодная сварка – это способ соединения металлических деталей без применения температурного воздействия. Склеивание происходит за счет пластичной […]
  • Холодная сварка для линолеума Часто перед обывателем, затеявшим ремонт, возникает вопрос: чем сварить линолеум между собой? Холодная сварка линолеума — очень эффективный и […]

Лазерная сварка

Основной принцип сварки заключается в том, чтобы расплавить основной и присадочный металл в месте самого соединения, чтобы они смогли образовать неразрывную связь. Сущность лазерной сварки практически полностью совпадает с данным принципом.

Пусть она не так распространена, как остальные разновидности, но является востребованным в промышленности способом соединения, обладающим высокой точностью. Свое название данный метод получил благодаря тому, что соединение металла происходит путем воздействия лазера, который становится главным энергетическим источником.

Лазерная сварка может использоваться для соединения как одинаковых, так и разнородных по составу металла заготовок. Активно ее используют в сварке электронной техники.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Процесс лазерной сварки металла

Такой способ появился в 60-х годах, после того как была изобретена лазерная установка, которая может воздействовать импульсами непрерывно.

Здесь важно было обеспечить высокую концентрацию энергии, которая поможет достичь той температуры, которая требуется для расплавления металла.

Диапазон допустимой толщины металла для соединения составляет от нескольких микрометров до нескольких сантиметров.

Преимущества

Лазерная сварка получила распространение в промышленности, чему способствовали ее положительные качества:

  • Для сварки не требуется механическая обработка металла;
  • После проведения процесса не нужны ни какие дополнительные правки;
  • Технология обладает высокой точностью, так что можно качественно соединять тонкие и детали со сложным фигурным швом;
  • В сравнение с другими методами соединения этот обладает высокой экологической безопасностью;
  • Метод обладает высокой производительностью;
  • Скорость сварки намного выше, чем у других вариантов;
  • Место соединения является достаточно тонким, поэтому, близлежащие к нему области основного металла минимально подвергаются тепловому воздействию.

Недостатки лазерной сварки

При всех положительных сторонах здесь есть ряд серьезных недостатков, благодаря чему технология так и остается узкоспециализированной:

  • Очень высокие цены на оборудование для проведения работ;
  • Высокая себестоимость самого процесса сварки;
  • Низкий коэффициент полезного действия, который достигает всего до 2%;
  • Подходит только для узкого спектра процедур.

Разновидности

Лазерная сварка трубопроводов и прочих видов соединений может производиться несколькими типами аппаратов. Твердотельный обладает короткими и более слабыми волнами. Он чаще всего работает в импульсном режиме, но иногда требуется применять и беспрерывный режим, хотя здесь он менее эффективен.

Отличие в принципе работы заключается в том, что лазерное излучение проходит из твердотельного элемента, которым является стеклянный стержень. При этом включается неодим, гранат и рубин. Сам стержень располагается в камере, освещение которой происходит при помощи лампы накачки. Она создает световые вспышки.

Данный тип техники используется для  тонких электронных приборов и точечной сварки.

  Лазерная сварка алюминия

Газовый аппарат одинаково используется как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Он обладает более высокой мощностью, так как здесь применяются высоковольтные источники тока. В аппарате используется поперечный тип прокачки, что дает ему компактность размеров. В среднем, максимальная толщина сварки для таких моделей составляет до 2 см. В качестве активной среды здесь выступают газы.

Станки для лазерной сварки метала можно купить здесь – http://lasergu.ru/katalog-category/lazernaya-svarka

Таким способом можно выделить еще две разновидности:

  • Импульсная лазерная сварка скапливает большое количество энергии, а затем все накопленное воздействует на место соединение за короткий промежуток времени. Данная технология отлично подходит для металлов, которые сильно подвержены деформациям. Воздействие силы происходит преимущественно на поверхность, так что исключается глубокое проникновение. Импульсные установки обладают более высокой стоимостью, чем непрерывные.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Импульсная лазерная сварка

  • Непрерывная лазерная сварка предназначена для создания сплошных швов, которые могут делаться не только поверхностно, но и глубокими. Зона проплавления почти не зависит от глубины и практически всегда остается узкой.

Технология лазерной сварки трубопроводов

Непрерывная лазерная сварка

Технология

Лазерная сварка проводится путем воздействия лазерного излучения, сфокусированного пучком небольшого сечения. Частично этот пучок отражается от поверхности, но большая часть его проникает в основной металл. При проникновении происходит поглощение энергии, после чего металл нагревается и расплавляется, если достиг определенной температуры. Благодаря этому и формируется сварочный шов.

«Важно!

Уменьшение мощности зачастую происходит путем расфокусировки пучка, что не делает процесс более экономичным.»

Сварка производится в любом пространственном положении. Сварка производится при помощи дополнительных присадочных материалов, в качестве которых выступает сварочная проволока, порошок или лента. Условно технологию процесса можно разделить на:

  • Макросварку – когда толщина проплавления составляет более 1 мм;
  • Минисварку – когда толщина проплавления лежит в диапазоне 0,1-1 мм;
  • Микросварку – при толщине проплавления до 0,1 мм.

Для проведения процесса не нужно создавать условия вакуума. Также не стоит использовать газовую среду в качестве защиты, так как это может привести преломлению и экранированию лазерного луча. При воздействии на кромки, луч оплавляет их, благодаря чему получается припой из того же материала, что и сделана сама заготовка.

Регулировка силы пучка зависит от его плотности, так что при высокой концентрации можно добиться максимально высокой тонкости, которая практически не достижима для других видов сварки.

В большинстве случаев лазерная сварка является автоматическим процессом и, кроме как для настроек и установки деталей, человеческий труд не требуется.

  TIG сварка переменным током

Лазерный станок для ювелирной сварки и пайки Sekirus P04 можно заказать здесь http://lasergu.ru/product/lazernyj-stanok-dlya-yuvelirnoj-svarki-i-pajki/

 

Техника безопасности

Применение лазерной сварки во многом является безопасным процессом, так как человек не контактирует с ней непосредственно, как это происходит при ручной дуговой. Но здесь есть свой ряд особенностей, которые может привести к травмам, если не применять технику безопасности.

Главным правилом является недопущение попадание на пути лазера посторонних предметов. Здесь очень тонкий луч обладает высоким уровнем энергии, так что человеческая рука или еще что-либо, может быть очень легко пропалена. Перед использованием установки всегда нужно проверять ее работоспособность и исправность, чтобы не возникло ни каких проблем.

Вблизи не должны находиться ни какие легко возгораемые предметы.

Стандарты

Данный процесс должен проводиться согласно определенным стандартам. Определяющим здесь является ГОСТ 28915-91. В нем прописаны все данные, необходимые для качественной импульсной сварки лазером, точечных соединений, а также все типы получаемых соединений, их параметры и так далее.

Особенности лазерной сварки стали

Сначала происходит очищение поверхности металлической заготовки от окалин, грязи, ржавчины и прочих посторонних веществ. Не допускается, чтобы на стали находилась влага. Зачистка осуществляется при помощи щеток по металлу. После зачистки поверхность желательно обезжирить.

Затем идет подгонка деталей под сварку, чтобы кромки плотно прилегали друг к другу. Зазор если и должен быть, то его берут минимальным, около 5% от толщины свариваемого металла. при сборке используются прихватки. Здесь лучше использовать стыковое соединение, а не нахлесточное.

Схема лазерной сварки

Читайте также:  Утяжелители трубопровода что это

Заключение

Сварка лазером относится к узкоспециализированным процессам. Ее технология является очень сложной, так как нужно знать множество нюансов самой техники. Дороговизна аппаратов делает ее трудно доступной для многих сфер, кроме тех, где она действительно востребована.

Что такое лазерная сварка. Преимущества и недостатки

Лазерная сварка — это один из видов сварки плавлением с нагревом рабочей зоны энергией лазерного излучения. Она относится к термическому классу сварочных технологий и входит в одну группу с плазменной, дуговой и электронно-лучевой сварками.

Технология

Физические характеристики

Лазерная сварка металлов отличается от других видов сварочных технологий высокой плотностью энергии в пятне нагрева — до 1 МВт на кв.см.

Это обеспечивает высокую скорость разогрева и охлаждения зоны сварного шва, что значительно уменьшает тепловое воздействие на околошовную зону.

Поэтому сварочный процесс не вызывает структурных изменений материала, приводящих к разупрочнению, деформации и образованию трещин.

Размер пятна фокусировки промышленной установки может изменяться в пределах от 0,2 до 13 мм. Глубина проплавления материала прямо пропорциональна энергии излучения лазера, но также зависит от расположения фокальной плоскости луча.

Во время сварочной операции зона расплавленного материала перемешается по заданной траектории вместе лазерным лучом, создавая по линии движения сварной шов.

Он получается узким и глубоким, поэтому по своей форме принципиально отличается от сварных швов других сварочных технологий.

Виды и режимы лазерной сварки

Технология лазерной сварки включает два вида сварочного соединения: точечное и шовное. При этом промышленные установки могут генерировать два типа лазерного излучения: непрерывное и импульсное.

При точечном соединении обычно применяют только импульсное излучение, а при шовном — как непрерывное, так и импульсное. Во втором случае сварной шов образуется путем перекрытия зон импульсного нагрева, поэтому скорость сварки зависит от частоты импульсов.

Точечную сварку обычно применяют для соединения тонких металлических деталей, а шовную – для формирования глубоких сварных швов.

Гибридная лазерная сварка относится к сварочным технологиям, при проведении которых применяют присадочные материалы. В этом случае сварочное оборудование дополняется механизмами подачи проволоки, ленты или порошка. Присадочные материалы подаются в зону плавления синхронно с движением сварочной головки, а их толщина соответствует ширине сварного шва и диаметру пятна.

Технологические особенности

Скорость перемещения и энергетические режимы сварочного процесса зависят от ширины сварного шва, а также от вида и толщины свариваемых материалов. Например, стальные листы толщиной 20 мм свариваются газовым лазером со скоростью несколько сот метров в час. Этот показатель на порядок выше предельных характеристик электродуговой сварки.

Лазерная технология особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой.

Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов.

Это позволяет сваривать лазерным лучом титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

  Процесс сварки оптоволокна

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является очень высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.

Состав и принцип работы сварочного оборудования

Все установки лазерной сварки состоят из следующих функциональных модулей:

  • технологический лазер;
  • система транспортировки излучения;
  • сварочная головка с фокусирующей линзой;
  • блок фокусировки луча;
  • механизмы перемещения сварочной головки и заготовки;
  • система управления перемещениями, фокусировкой и мощностью лазера.

В сварочном оборудовании в качестве генераторов излучения применяют два типа лазеров: твердотельные и газовые. Мощность первых лежит в диапазоне от десятков ватт до 6 кВт, а вторых – от единиц до 25 кВт.

В твердотельных установках излучатель — это прозрачный стержень из рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом.

А в газовых аппаратах — прозрачная трубка, заполненная углекислым газом или газовыми смесями.

Кроме излучателя в состав любого лазера входит система накачки, оптический резонатор, блок питания и система охлаждения. Генерируемый световой поток попадает через переднее зеркало оптического резонатора на систему зеркал, которая передает его на фокусирующую линзу сварочной головки.

Установки лазерной сварки выпускаются в разных компоновках: от традиционных портальных или консольных станков с рабочими столами и до роботов-манипуляторов с пятью степенями свободы.

Управление сварочным оборудованием может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Если установка имеет систему ЧПУ, то выполнение сварочного процесса осуществляется в автоматическом режиме по заданной программе.

В случае ручной лазерной сварки оператор с выносного пульта задает перемещения, скорости и параметры сварочного процесса.

Применение лазерной сварки

Основная область применения лазерной сварки — это передовые производства с инновационными технологиями. Наиболее широко ее применяют в микроэлектронике, приборостроении, авиакосмической отрасли, атомной энергетике и автомобильной промышленности.

В приборостроении и микроэлектронике с помощью лазера соединяют разнородные и разнотолщинные материалы диаметром от микронов до десятых долей миллиметра. Кроме того, лазерная технология позволяет сваривать элементы, расположенные на близком расстоянии от кристаллов микросхем, а также других чувствительных к нагреву элементов.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точеной сваркой кузовных элементов из тонколистовой стали.

Для снижения веса в современных автомобилях все чаще применяют детали из алюминиевых и магниевых сплавов.

Характерная особенность этих материалов — наличие у них поверхностной оксидной пленки с высокой температурой плавления. Поэтому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

Технология лазерной сварки трубопроводовЛазерная сварка кузова автомобиля

В судостроении, оборонной промышленности, атомной энергетике и авиакосмической отрасли широко используются комплектующие из титана и титановых сплавов. Сварка титана — это одна из самых сложных задач для сварочного производства.

В расплавленном состоянии титан обладает высокой химической активностью к кислороду и водороду, что ведет к насыщению зоны расплава газами и образованию холодных трещин.

Лазерная сварка успешно справляется с этой проблемой при работе в защитной среде из газовой смеси на основе из аргона и гелия.

  Как отремонтировать пороги автомобиля сваркой и без сварки

Лазерные установки применяют для сварочного соединения металлов с разными физическими свойствами. С их помощью сваривают сталь и медь с алюминиевыми сплавами, а также разнотипные цветные металлы. Новым направлением сварочных технологий является сварка лазером чугуна, которую применяют при производстве корпусов, элементов шестерен, запорной арматуры и других узлов и компонентов.

Стоимость лазерного оборудования снижается с каждым годом. Сейчас небольшие установки импульсной лазерной сварки доступны даже малому бизнесу и частным лицам. Они имеют небольшую мощность и их обычно применяют для резки, сварки и гравировки листовых материалов.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

  • возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики;
  • высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева;
  • наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий;
  • отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей;
  • отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения;
  • химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды);
  • возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера;
  • возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами;
  • быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
  • высокое качество сварных соединений.

Основные недостатки:

  • высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих;
  • низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%);
  • зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки;
  • высокие требования к квалификации обслуживающего персонала;
  • особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Лазерная сварка является самой молодой из сварочных технологий — в промышленности она применяется только с конца семидесятых годов XX века. Сразу после своего появления она начала активно замещать традиционные методы сварки. Наибольшее распространение лазерная сварка получила в передовых производствах с инновационными технологиями.

В наше время лазерная сварка вышла далеко за пределы своего первоначального применения. Сейчас она используется не только в промышленности, но и в часовом производстве, при изготовлении и ремонте ювелирных украшений и даже при создании рекламных конструкций.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector